Tuần tin khoa học 803 (05-11/09/2022)

AGRONAUTE7 trong phát triển cây dưa lưới (Cucumis melo L.)

Nguồn: Jian Ma, Congcong Li, Peng Gao, Yanhong Qiu, Mei Zong, Huijun Zhang & Jianshe Wang. 2022. Melon shoot organization 1, encoding an AGRONAUTE7 protein, plays a crucial role in plant development. Theoretical and Applied Genetics August 2022; vol. 135: 2875–2890

Một gen của cây dưa lưới MSO1 định vị trên nhiễm sắc thể 10 thông qua kỹ thuật “map-based cloning”. Gen này mã hóa protein ARGONAUTE 7, có chức năng phát triển tổ chức chồi thân.

Phân tử RNA nhỏ, nội sinh: sRNA (endogenous small RNAs) của thực vật có trong nhiều tiến trình phát triển của cây. Trong hệ gen cây Arabidopsis, phân tử sRNAs kết hợp với các ptoteins ARGONAUTE (AGO) hình thành nên phân tử RISC (RNA-induced silencing complex), có chức năng làm câm phân tử RNA hoặc chức năng biogenesis (phát sinh) phân tử ta-siRNAs (trans-acting siRNAs). Tuy nhiên, chức năng này trong cây dưa lưới (Cucumis melo L.) chưa rõ ràng. Ở đây, giống dưa lưới đột biến mso1 (melon shoot organization 1) được phân lập và cho thấy biểu hiện kiểu hình “pleiotropic” (gen đa tính trạng) trong hình thái lá của cây dưa lưới và kiến trúc cây. Thực hiện dòng hóa tại vị trí đích (positional cloning) gen MSO1 cho kết quả: nó mã hóa một protein đồng dạng với protein của cây Arabidopsis AGO7/ZIPPY, mà điều này đòi hỏi phải có ta-siRNAs. Đột biến dịch khung AG thành C tại exon thứ hai của gen MSO1 làm suy giảm đáng kể sự biểu hiện gen này. Sự biểu hiện mang tính chất “ectopic” của gen MSO1 hồi phục lại kiểu hình Arabidopsis ago7. Thực hiện chạy trình tự RNA-seq cho thấy có nhiểu gen trong điều tiết phiên mã và các hormones của cây, thay đổi rất có ý nghĩa trong đột biến mso1 so sánh với cây nguyên thủy WT. Có tất cả 304 phân tử miRNAs trong cây đột biến mso và 231 miRNAs  trong cây WT thông qua kết quả phân tích sRNA sequencing. Trong số đó, 42 phân tử đã được biết và mười phân tử miRNAs mới được ghi nhận có mức biểu hiện rất khác nhau (differentially expressed). Phân tử cme-miR390a tích tụ đáng kể, mức độ biểu hiện của hai phân tử ta-siRNAs hầu như bị biến mất hoàn toàn trong đột biến mso1. Theo đó, vị trí đích của gen ARF3 và ARF4 cho thấy sự điều tiết theo kiểu “up”, có nghĩa là lộ trình miR390-TAS3-ARF đóng vai trò bảo tồn trong hệ gen cây lưa lưới. Kết quả này giúp chúng ta hiểu biết tốt hơn về cơ chế phân tử của gen MSO1 trong sự phát triển của cây dưa lưới.

Xem: https://link.springer.com/article/10.1007/s00122-022-04156-2

Di truyền tính kháng bệnh rỉ sắt và sọc rỉ sắt trên lá cây lúa mì

Nguồn: Peipei Zhang et al. 2022. Identification and Characterization of Resistance Loci to Wheat Leaf Rust and Stripe Rust in Afghan Landrace “KU3067”. Front. Plant Sci., 28 June 2022; Sec. Plant Breeding.

https://doi.org/10.3389/fpls.2022.894528

Bệnh rỉ sắt trên lá (leaf rust) và bệnh sọc rỉ sắt (stripe rust) rất quan trọng trong canh tác lúa mì trên toàn thế giới, làm thất thoát sản lượng lớn nếu trồng giống nhiễm bệnh. Giống lúa mì kháng bệnh cho phép quản lý bệnh hại dài hạn và làm giảm việc sử dụng thuốc trừ nấm khá nguy hiểm đối với sức khỏe con người và môi trường. Giống lúa mì bản địa là nguồn vật liệu giá trị để dò tìm các gen kháng mới, phản ứng với stress sinh học và phi sinh học. Giống bản địa của Afghanistan có tên là “KU3067” biểu hiện kiểu hình IT cao (IT: infection type) ở giai đoạn mạ đối với “leaf rust" và kiểu hình IT thấp đối với “stripe rust”. Tuy nhiên, nó biểu hiện tính kháng trên đồng ruộng khá cao đối với cả hai bệnh rỉ sắt nói trên qua các mùa vụ, kháng lại tất cả các mẫu phân lập của nấm gây rỉ sắt tại Mexico. Nghiên cứu tập trung xác định các loci điều khiển tính kháng bệnh ở giai đoạn mạ đối với “stripe rust”, và những loci điều khiển tính kháng bệnh ở giai đoạn cây trưởng thành đối với “leaf rust” (APR: adult plant resistance) tất cả các nòi nấm Mexican (races) gây bệnh leaf rust và stripe rust. Quần thể BIL (backcrossed inbred line) được tạo ra đến thế hệ BC₁F₅ dẫn xuất từ cặp lai KU3067 (kháng) x Apav (triple rust susceptible) để nghiên cứu di truyền tính kháng và bản đồ QTL. Quần thể con lai và bố mẹ được phân tích kiểu gen bằng phương pháp Diversity Arrays Technology-genotyping-by-sequencing (DArT-Seq) và được phân tích kiểu hình bằng phương pháp lây nghiễm ngoài đồng bệnh leaf rust và stripe rust ở giai đoạn mạ và giai đoạn trưởng thành, qua nhiều vụ lúa mì, tại Mexico với nguồn pathotypes tại chổ. Kết quả bản đồ di truyền phân lập được gen kháng ở tất cả giai đoạn đối với bệnh stripe rust, tạm thời ký hiệu là gen YrKU, trên nhiễm sắc thể 7BL. Tất cả có sáu QTL liên quan đến tính kháng APR đối với bệnh leaf rust trên nhiễm sắc thể 1AS, 2AL, 4DL, 6BL, 7AL, và 7BL. Có bốn QTL điều khiển tính kháng  bệnh stripe rust trên nhiễm sắc thể 1BS, 2AL, 4DL, và 7BL. Trong các gen ấy, gen có đặc điểm đa tính trạng (pleiotropic gene) là Lr67/Yr46 trên nhiễm sắc thể 4DL với ảnh hưởng rất lớn. Đây là báo cáo đầu tiên về giống lúa mì bản địa của Afghanistan về tính kháng các hai bệnh rỉ sắt (leaf and stripe rusts). Gen QLr.cim-7BL/YrKU biểu thị bản chất đa tính trạng (pleiotropic) kháng với cả hai bệnh rỉ sắt, giải thích được 7.5–17.2 % biến thiên kiểu hình của leaf rust và 12.6–19.3% biến thiên kiểu hình với bệnh stripe rusts. Gen QYr.cim-1BS và QYr.cim-2AL được phát hiện trong tất cả môi trường có nguồn gen kháng “stripe rust” với PVE giải thích được 12.9–20.5 % và 5.4–12.5%, theo thứ tự. Gen QLr.cim-6BL dường như là một gen mới. Những QTL này và những markers có liên quan liên kết rất chặt chẽ với gen đích  sẽ vô cùng có ích cho tiến hành fine mapping và MAS (chọn giống nhờ chỉ thị phân tử) trong chương trình cải tiến giống lúa mì cao sản kháng bền vững với bệnh rỉ sắt rất đa dạng.

Xem https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.894528/full

OsMPL423 giúp cây lúa chống chịu mặn và khô hạn

Nguồn: Zhanmei Zhou, Jiangbo Fan, Jia Zhang, Yanmei Yang, Yifan Zhang, Xiaofei Zan, Xiaohong Li, Jiale Wan, Xiaoling Gao, Rongjun Chen, Zhengjian Huang, Zhengjun Xu, Lihua Li. 2022.  OsMLP423 Is a Positive Regulator of Tolerance to Drought and Salt Stresses in Rice. Plants (Basel); 2022 Jun 23;11(13):1653.  doi: 10.3390/plants11131653.

Lúa (Oryza sativa L.) là một trong những loài cây lương thực chủ lực cho sự sống của loài người, năng suất lúa thường bị hạn chế bởi stress phi sinh học. Khô hạn và đất nhiễm mặn là stress phi sinh học gây thiệt hại đáng kể bậc nhất đối với nông nghiệp hôm nay. Tầm quan trọng của abscisic acid (ABA) trong sự tăng trưởng của cây và các phản ứng với stress phi sinh học được ghi nhận, người ta thấy rất cần phải xác định những gen mới gắn liền với sự truyền tín hiệu ABA. Các tác giả bài này sàng lọc gen nhạy cảm với khô hạn, có 158 gốc amino acid từ thư viện transcriptome cây lúa  khi phơi nhiễm trong nghiệm thức khô hạn, người ta thấy các nguyên tố cis liên quan đến ABA và rất nhiều nguyên tố cis liên quan đến stress khô hạn trong trình tự promoter của nó. Kết quả chạy real-time PCR cho thấy OsMLP423 bị kích hoạt rất mạnh mẽ bởi stress khô hạn và stress mặn. Phân tích kiểu hình theo tính trạng sinh lý và tính trạng sinh hóa của cây lúa transgenic khẳng định rằng sự biểu hiện mạnh mẽ của gen OsMLP423 làm tăng cường tính chống chịu đối với khô hạn và mặn của cây lúa. Sự biểu hiện của gen OsMLP423 dung hợp với GFP protein chỉ ra rằng OsMLP423 định vị trên cả hệ thống màng tế bào và trong nhân tế bào. So sánh với cây nguyên thủy (wild type: WT), gen OsMLP423 biểu hiện mạnh mẽ, tăng tính nhạy cảm của cây đối với ABA. Kết quả phân tích sinh lý cho thấy sự biểu hiện mạnh mẽ của OsMLP423 có thể điều tiết được hiệu quả mất nước và sự biểu hiện gen đáp ứng với ABA của cây lúa, dưới điều kiện stress khô hạn và stress mặn. Nó làm giảm sự tổn thương của màng tế bào và tích lũy ROS (reactive oxygen species). Kết quả này cho thấy OsMLP423 là một phân tử regulator tích cực để chống chịu khô hạn và mặn của cây lúa, kiểm soát tính chống chịu của cây lúa đối với stress phi sinh học thông qua con đường tín hiệu lệ thuộc vào ABA. Do vậy, nghiên cứu cung cấp một luận điểm  mới về cơ chế sinh lý và cơ chế phân tử của truyền tín hiệu ABA với gen OsMLP423 góp phần giúp cây lúa chống chịu được khô hạn và mặn.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35807608/

OsASR6 tăng cường tính chống chịu mặn của cây lúa

Nguồn: Qin Zhang, Yuqing Liu, Yingli Jiang, Aiqi Li, Beijiu Cheng, Jiandong Wu. 2022. OsASR6 Enhances Salt Stress Tolerance in Rice. Int J Mol Sci.; 2022 Aug 19;23(16):9340.  doi: 10.3390/ijms23169340.

Độ mặn cao làm ảnh hưởng cực trọng đến tăng trường và năng suất cây lúa. Abscisic acid, stress, và protein kích hoạt lúa chín (ARS: ripening-induced) có vai trò quan trọng trong phản ứng với nhiều loại hình stress phi sinh học. Trong nghiên cứu này, người ta phân lập được một gen mới có tên là salt-induced ASR gene. Nó được viết tắt là OsASR6. Nó được định tính về chức năng trong nghiệm thức xử lý chống chịu mặn. Các mức độ phân tử transcript của gen OsASR6 cho thấy nó điều tiết phiên mã theo kiểu “up” trong nghiệm thức xử lý stress mặn, H₂O₂ và abscisic acid (ABA). Định vị protein OsASR6 trong nhân và trong tế bào chất được tiến hành. Trong khi đó, xét nghiệm hoạt động chuyển vị có tính chất transactivation trong nấm men (yeast) chứng minh rằng: nó không có khả năng tự vận động (self-activation ability). Bên cạnh đó, người ta thấy cây lúa transgenic biểu hiện mạnh mẽ gen OsASR6, cây lúa ấy chống chịu mặn được tăng cường, Cây lúa ấy còn chống chịu được “oxidative stress”. Đó là kết quả của sự suy giảm H₂O₂, malondialdehyde (MDA), Na/K và “relative electrolyte leakage”. Trái lại, cây lúa transgenic OsASR6 RNAi biểu hiện kết quả hoàn toàn trái ngược. Hàm lượng ABA cao hơn, được đo lường trong các dòng lúa biểu hiện mạnh mẽ gen OsASR6 so với cây đối chứng. Hơn nữa, protein OsNCED1, một enzyme chủ chốt của sinh tổng hợp ABA, đã được người ta tìm thấy có tương tác với protein OsASR6.

Kết luận: nghiên cứu này chỉ ra rằng OsASR6 đóng vai trò khởi nguyên là một protein có chức năng, làm tăng cường tính chống chịu stress mặn, sản phẩm đặc trưng của gen ứng cử viên, để người ta thao tác trong kỹ thuật di truyền, tạo ra dòng lúa kháng mặn mới.

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/36012605/

Hình 1: Phổ biểu hiện của OsASR6. Hợp phẩn biểu hiện có tính chất nhạy cảm của OsASR6 trong (A) rễ lúa; (B) chồi thân lúa trong nghiệm thức xử lý ABA, H₂O₂, và stress NaCl. Phân tử Actin1 của cây lúa được sử dụng làm internal control để phân tích qRT-PCR. Dầu hoa thị biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa thống kê giữa các mức độ phiên mã của các nhóm 0 h. Số liệu trung bình ± SD. * p < 0.05, ** p < 0.01.